ядерная физ / li_09
.pdf
А Д Р О Н ЫЫ
Адроны – системы связанных кварковкварков
Адроны
Барионы |
|
Мезоны |
|
Антибарионы |
|
qqq, |
|
qq , |
|
q , |
|
B 1 |
|
B 0 |
|
B 1 |
|
|
|
|
|
|
|
Кварки объединяются в частицы, называемые адронами.
Модель кварков
Квантовые числа кварков, образующих адрон, определяют квантовые числа адронов. Адроны имеют определенные значения электрического заряда Q,
спина J, чётности P, изоспина I. |
Квантовые числа s (странность), c |
(очарование или шарм), b (bottom) и |
t (top) разделяют адроны на обычные |
нестранные частицы (р, n, , …), странные частицы (K, , , …), очарованные (D, с , с , …) и боттом-частицы (B, B, ΞB).
t-кварк имеет время жизни 10 25 с, поэтому он не успевает образовать
адроны.
Всё многообразие адронов возникает в результате различных сочетаний u-, d-, s-, c-, b-кварков, образующих связанные состояния.
барионы (фермионы с барионным числом B = 1) строятся из трех кварков;
мезоны (бозоны с барионным числом B = 0) строятся из кварка и антикварка;
квантовое число — цвет кварка — имеет три значения: красный, зеленый, синий;
все известные адроны — бесцветны.
Антипротон 195555
p p p p p p
L(C1 C2) 12м( ) 4 10 9с
(p) 51 10 9с
Ч1 0.99 Ч2 0.75 0.79
Схема эксперимента по регистрации антипротонов
Антинейтрон 1956
Конвертор |
Черенковский |
счётчик |
Схема эксперимента по регистрации антинейтронов
p p n n
p n n n
В результате n n -аннигиляции образуются сильновзаимодействующие частицы — -, К-мезоны.
n n пионы, каоны
Связь характеристик частиц и античастицтичастиц
|
Характеристика |
Частица |
|
|
|
Античастица |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Масса |
|
M |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
Спин |
|
J |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Чётность |
|
|
фермион |
( )1 |
|
|
|
|
|
( )1 |
|
|
|
|
|
бозон |
( )1 |
|
|
|
|
|
( )1 |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
Электрический заряд |
( )Q |
|
|
|
|
( )Q |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Магнитный момент |
( ) |
|
|
|
|
|
( ) |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Барионное число |
B |
|
|
|
|
|
|
B |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Лептонное число |
Le , L , L |
|
|
Le , L , L |
|||||||
|
Изоспин |
|
I |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
Проекция изоспина |
( ) I3 |
|
|
|
|
( ) I3 |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Странность |
( )s |
|
|
|
|
|
( )s |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Очарование (Charm) |
( )c |
|
|
|
|
|
( )c |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Bottom |
( )b |
|
|
|
|
|
( )b |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Top |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
( )t |
|
|
|
|
|
|
( )t |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Время жизни |
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
Схема распада (пример) |
d u e e |
|
|
|
|
|
u |
e e |
||||
|
|
d |
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Четность P
Инвариантность гамильтониана системы H относительно пространственного отражения – инверсии (замены ) r r приводит к закону сохранения чётности и
квантовому числу – чётность.
Свойства системы частиц определяются видом гамильтониана H и волновой функции (r ), являющейся решением соответствующего уравнения Шредингера.
|
|
|
|
|
ˆ |
|
|
|
|
(r ), |
p 1, |
|
|
|
|
|
P (r ) ( r ) |
|
|
p 1 |
|||
|
|
|
( r ) |
( r ) |
|
(r ), |
|||||
|
|
|
- чётные функции (состояния), |
||||||||
|
|
|
( r ) |
|
( r ) |
- нечётные функции (состояния). |
|||||
Инверсия |
r |
соответствует в сферических координатах преобразованию |
|||||||||
|
r |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
r r, |
, |
|
|
(r, , ) Rnl (r)Ylm ( , ) |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
Y ( , ) ( 1)l Y ( , ) |
||||
P ( 1) |
|
|
|
lm |
|
|
|
lm |
|||
|
(-1)l - орбитальная четность частицы |
||||||||||
ˆ |
|
|
|
l |
|
||||||
|
|
|
|
|
|
π |
- внутренняя четность частицы |
||||
|
|
|
|
|
|
Четность системы А частиц |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
P = π |
π …π ( 1)l1 ( 1)l2 ...( 1)l3 |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
2 |
A |
|
Внутренняя четность адроновонов
Внутренняя четность адрона определяется следующими правилами:
● Четность Р кварка равна +1 и не зависит от типа кварка.
P(q) 1
● Четность Р антикварка равна -1 и не зависит от типа кварка.
P(q) 1
● Внутренняя четность Р адрона равна произведению четностей входящих в его состав кварков, умноженному на (-1)L ,
L — орбитальный момент кварков в составе адрона.
P(барион) P(q1 ) P(q2 ) P(q3 )( 1)lq1 lq2 lq3 ( 1)L
P(мезон) P(q1 ) P(q2 )( 1)lq1 lq2 ( 1)L 1
Мезоны
Мезоны — связанные состояния кварка и антикварка. Мезоны имеют барионное число B = 0. Массы и квантовые числа мезонов определяются типами кварка и антикварка, входящих в состав мезона, взаимной ориентацией их спинов и орбитальных моментов.
Кварковая модель позволяет качественно описать структуру мезонов, получить их квантовые числа.
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Пример |
|
|
|
|
+ (ud) |
|
||||||
|
|
u |
|
|
|
|
|
π+ |
|
|
|
||
|
|
|
d |
M ( ) 139.57 МэВ |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
Q |
+2/3 |
|
|
+1/3 |
|
+1 |
|
|||||
|
|
|
|
|
( ) 2.6 10 8 с |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
B |
+1/3 |
|
|
–1/3 |
0 |
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
J P (I ) 0 (1) |
||||
|
J |
1/2 |
|
|
1/2 |
|
0 |
|
|||||
|
I |
1/2 |
|
|
1/2 |
|
1 |
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
I3 |
+1/2 |
|
|
+1/2 |
|
+1 |
|
|
|
|
||
|
P |
+1 |
|
|
–1 |
–1 |
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|